[논문 리뷰] The Mass of the Globular Cluster Systems of Early Type Galaxies as Proxy for the Total Galaxy Mass

Nicholas James, Dong‐Woo Kim외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 약선형적 비례 관계를 초기형은하(암흑물질 포함)의 총질량(M_TOT)과 당기어진 별단계계의 질량(M_GCS) 사이에 확립하여, M_GCS가 30개의 초기형은하 전역에서 M_TOT의 신뢰할 수 있는 대체 측정법이 됨을 보여주었다. 이 결과는 M_GCS를 이용한 총질량 추정이 뜨거운 은하간매질의 X선광도(L_X,GAS)와 함께 사용될 경우, 저질량 및 고질량 허브 질량에서 일반적으로 가정된 것보다 더 높은 항성 형성 효율성을 확인함으로써 효과적임을 입증하며, 특히 코어형 초기형은하에서의 가스 유지는 중력 외의 요인, 예를 들어 항성 피드백이 보조적인 역할을 할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Using globular cluster (GC) kinematics and photometry data, we calibrate the scaling relation between the total galaxy mass (M_TOT including dark matter) and total globular cluster system mass (M_GCS) in a sample of 30 early-type galaxies (ETG), finding a nearly linear relationship between the two physical parameters. We further investigate this scaling relation in conjunction with the previously known relation between the ISM X-ray luminosity (L_X,GAS) and M_TOT using a sample of 83 ETGs, and confirm that MGCS can be effectively used as a proxy of MTOT. Using the M_GCS-M_TOT scaling relations we compare 272 ETGs with previous estimates of the stellar-to- halo mass relation of galaxies. Our model-independent estimate of MTOT results in a good agreement around halo masses of 10^12 Mo, but suggest higher star formation efficiency than usually assumed both at the low and at the high halo mass ends. The L_X,GAS - M_TOT relation is far tighter in core than cusp ETGs. This is consistent with previous results, indicating that while MTOT is the most important factor in retaining hot ISM in core ETGs (old, passively evolving stellar systems), secondary (non-gravitational) factors may affect gas retention in cusp ETGs. We find that for a given dark matter mass (MDM), cusp galaxies with higher stellar mass (M_STAR) tend to have higher L_X,GAS. This suggests that stellar feedback could be an important secondary factor for determining the amount of hot ISM retained in low L_X,GAS cusp galaxies.

연구 동기 및 목표

• 초기형은하(ETG)에서 총은하질량(M_TOT)과 당기어진 별단계계 질량(M_GCS) 사이의 비례관계를 보정하는 것.
• 운동학적 및 광도적 자료를 이용하여 M_GCS가 M_TOT의 효과적인 대체 측정법이 될 수 있는지 평가하는 것.
• 더 큰 샘플(83개의 ETG)을 활용하여 M_TOT, M_GCS, 뜨거운 은하간매질의 X선광도(L_X,GAS) 간의 상호작용을 조사하는 것.
• 모델에 의존하지 않는 M_TOT 추정치를 이론적 항성-은하질량 관계와 비교하여 허브 질량 척도 전반에서 항성 형성 효율성을 평가하는 것.

제안 방법

• 30개의 초기형은하 샘플에서 별단계계 운동학 및 광도를 활용하여 M_GCS를 측정하였다.
• 관측 자료를 경험적으로 보정하여 M_GCS–M_TOT 비례관계가 거의 선형임을 확립하였다.
• 더 큰 샘플(83개의 ETG)을 활용하여 M_GCS–M_TOT 관계와 기존의 L_X,GAS–M_TOT 관계를 결합하여 일관성과 예측 능력을 시험하였다.
• 코어형과 코어 없는(쿠스프) ETG를 구분하여 매질 유지를 위한 중력 외 요인(예: 항성 피드백)의 영향을 분석하였다.
• M_GCS를 기반으로 한 모델에 의존하지 않는 M_TOT 추정치를 이론적 항성-은하질량 관계와 비교하여 항성 형성 효율성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기형은하에서 당기어진 별단계계 질량(M_GCS)은 암흑물질을 포함한 총은하질량(M_TOT)의 신뢰할 수 있는 대체 측정법인가?
• RQ2 코어형과 쿠스프형 ETG에서 M_GCS–M_TOT 비례관계는 L_X,GAS–M_TOT 관계와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 M_GCS 기반의 M_TOT 추정치는 다양한 허브 질량 척도에서 항성 형성 효율성에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 비중력적 과정(예: 항성 피드백)은 L_X,GAS가 낮은 쿠스프형 초기형은하에서 뜨거운 은하간매질의 유지를 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ5 쿠스프은하에서 암흑물질질량(MDM)이 고정되어 있을 때, 항성질량(M_STAR)은 L_X,GAS와 어떻게 상관관계를 가지는가?

주요 결과

• 30개의 초기형은하에서 M_GCS와 M_TOT 사이에 거의 선형적인 비례관계가 발견되어 M_GCS가 M_TOT의 강력한 대체 측정법으로 검증되었다.
• M_GCS–M_TOT 관계가 L_X,GAS–M_TOT 관계와 결합될 경우, M_GCS가 초기형은하에서 총은하질량의 효과적인 대체 측정법임을 확인한다.
• 모델에 의존하지 않는 M_GCS 기반 M_TOT 추정치는 특히 저질량 및 고질량 허브 질량 영역에서 일반적으로 가정되는 것보다 더 높은 항성 형성 효율성을 시사한다.
• 코어형 초기형은하에서 L_X,GAS–M_TOT 관계는 쿠스프형 초기형은하보다 훨씬 더 탄탄한 경향을 보이며, 이는 코어 시스템에서 가스 유지를 위한 중력이 주요 요인임을 시사한다.
• MDM가 고정되어 있을 때, 더 높은 항성질량(M_STAR)을 가진 쿠스프형은하는 더 높은 L_X,GAS를 보이며, 이는 항성 피드백이 ISM 유지를 위한 핵심 보조 요인일 수 있음을 시사한다.
• 결과적으로, L_X,GAS가 낮은 쿠스프형 초기형은하에서는 중력 외의 보조 과정(예: 피드백)이 코어형 초기형은하보다 더 두드러진 영향을 미쳐 뜨거운 은하간매질의 함량을 결정짓는 데 기여할 수 있음을 시사한다.